分层对预混冷火焰传播及模拟的影响( Effects of stratification on premixed cool flame propagation and modeling )

Y Wang W Han Z Chen

低温冷火焰对分层充气内燃机的性能起着至关重要的作用。发动机分层燃烧的精确建模需要清楚地了解在成分分层的混合气中冷却火焰的传播。关于燃料分层混合物中热火焰传播的研究很多。然而，在研究层结对冷却火焰传播和模拟的影响方面，还做了较少的工作。为此,本文进行了一系列的一维数值模拟,研究了二甲醚(DME)/空冷火焰在六种分层结构（即贫-化学计量(L2S)、化学计量-贫(S2L)、化学计量-富(S2R)、富-化学计量(R2S)、贫-富(L2R)和富-贫(R2L)分层混合物）中的传播。为了更好地理解分层效应，将上述分层冷却火焰与成分均匀的冷却火焰进行了比较。此外，还对一种公认的预混火焰建模方法--人工加厚火焰(ATF)/火焰束生成歧管(FGM)--在分层冷却火焰建模中的适用性进行了评价。分层冷却火焰与均质冷却火焰的比较表明,当量比增大（如情况L2S、S2R和L2R)或减小（如情况S2L、R2S和R2L)的分层可以促进或抑制冷却火焰的传播。随着层厚度的减小，正负效应均增大。此外，还进行了OH消耗的灵敏度分析和反应路径通量分析，以确定一个因果链，阐明分层是如何影响冷却火焰传播的。结果表明，分层可以显著改变CH2O+OHHCO+H2O和CH3OCH3+OHCH3OCH2+H2O反应之间的竞争关系，从而影响燃料消耗率。在此基础上，提出了一个基于层化Damkhler数的标度律，以全面表征层化对冷却火焰传播的影响。此外，对ATF/FGM在层流环境中的评价表明FGM方法是描述低温化学的一个很好的候选方法，而ATF方法可能需要进一步考虑以精确捕捉冷却火焰传播速度。

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